クラスの作り方に見るKotlinの表現力

JJUGナイトセミナー( https://jjug.doorkeeper.jp/events/57443 )で発表した資料です。

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1. クラスの作り方に見る Kotlinの表現力 2017-02-20 JJUGナイトセミナー 長澤 太郎 @ngsw_taro
2. Kotlinとは？ • Java仮想マシンをターゲットとしたプログラミング言語 ◦ JavaScriptやAndroidもサポート • IntelliJ IDEAでおなじみのJetBrainsが開発 • 2011年に発表され、2016年2月にver1.0がリリース • 現在 ver1.0.6, 1.1-beta2 • 静的型付けオブジェクト指向言語 • 簡潔、安全、Javaとの相互運用性
3. Hello World package sample fun main(args: Array<String>) { if(args.isEmpty()) return val name = args[0] println("Hello, ${name}!") }
4. クラスの作り方に見る Kotlinの表現力
5. • 長澤 太郎　たろーって呼んでね • @ngsw_taro 自己紹介
6. エムスリー株式会社 jobs.m3.com/engineer
7. エバンジェリストな私 • Kotlin歴 5年 • 日本Kotlinユーザグループ代表 • 講演実績多数 ◦ DroidKaigi 2015, 2016, 2017予定 ◦ JJUG CCC 2015 Fall ◦ 福岡、京都など遠征も • 執筆実績多数 ◦ 単行本、商業誌、同人誌
8. もくじ 1. 有理数 2. 片方向リストのノード
9. • 有理数クラス Rational • プロパティ ◦ 分子（numerator） ◦ 分母（denominator） • メソッド ◦ いろんな計算を提供 題材その1: 有理数を表現するクラス
10. クラス定義 class Rational(val numerator: Int, val denominator: Int) // 使い方 fun main(args: Array<String>) { val half = Rational(1, 2) println(half.denominator) // 2 }
11. クラス定義 class Rational(val numerator: Int, val denominator: Int) // 使い方 fun main(args: Array<String>) { val half = Rational(1, 2) println(half.denominator) // 2 } クラス名
12. クラス定義 class Rational(val numerator: Int, val denominator: Int) // 使い方 fun main(args: Array<String>) { val half = Rational(1, 2) println(half.denominator) // 2 } プライマリコンストラクタ
13. クラス定義 class Rational(val numerator: Int, val denominator: Int) // 使い方 fun main(args: Array<String>) { val half = Rational(1, 2) println(half.denominator) // 2 } プロパティ
14. クラス定義 class Rational(val numerator: Int, val denominator: Int) // 使い方 fun main(args: Array<String>) { val half = Rational(1, 2) println(half.denominator) // 2 } インスタンス生成
15. クラス定義 class Rational(val numerator: Int, val denominator: Int) // 使い方 fun main(args: Array<String>) { val half = Rational(1, 2) println(half.denominator) // 2 } プロパティにアクセス: Javaで言うフィールドとアクセサが一緒になったようなもの
16. ちなみにJavaだと public final class Rational { private final int numerator; private final int denominator; public Rational(int numerator, int denominator) { this.numerator = numerator; this.denominator = denominator; } public int getNumerator() { return numerator; } public int getDenominator() { return denominator; } }
17. メソッドtoStringをオーバライド class Rational(val numerator: Int, val denominator: Int) { override fun toString() = "${numerator}/${denominator}" }
18. メソッドtoStringをオーバライド class Rational(val numerator: Int, val denominator: Int) { override fun toString(): String = "${numerator}/${denominator}" } オーバライドに必須
19. メソッドtoStringをオーバライド class Rational(val numerator: Int, val denominator: Int) { override fun toString(): String = "${numerator}/${denominator}" } イコールで式を結びつける
20. メソッドtoStringをオーバライド class Rational(val numerator: Int, val denominator: Int) { override fun toString(): String = "${numerator}/${denominator}" } 式が評価された文字列内に展開される = String Templates
21. 確認しやすくなった！ fun main(args: Array<String>) { println(Rational(2, 5)) // 「2/5」 println(Rational(3, 0)) // 「3/0」 println(Rational(4, 10)) // 「4/10」 println(Rational(9, 3)) // 「9/3」 }
22. 確認しやすくなった！ fun main(args: Array<String>) { println(Rational(2, 5)) // 「2/5」 println(Rational(3, 0)) // 「3/0」 println(Rational(4, 10)) // 「4/10」 println(Rational(9, 3)) // 「9/3」 } 分母ゼロを禁止したい！
23. イニシャライザ class Rational(val numerator: Int, val denominator: Int) { init { if(denominator == 0) throw IllegalArgumentException("ゼロはダメ") } override fun toString(): String = ... }
24. イニシャライザ class Rational(val numerator: Int, val denominator: Int) { init { if(denominator == 0) throw IllegalArgumentException("ゼロはダメ") } override fun toString(): String = ... } イニシャライザ
25. イニシャライザ class Rational(val numerator: Int, val denominator: Int) { init { require(denominator != 0, {"ゼロはダメ"}) } override fun toString(): String = ... } 標準関数
26. もう大丈夫！？ fun main(args: Array<String>) { println(Rational(2, 5)) // 「2/5」 println(Rational(3, 0)) // 例外 println(Rational(4, 10)) // 「4/10」 println(Rational(9, 3)) // 「9/3」 }
27. もう大丈夫！？ fun main(args: Array<String>) { println(Rational(2, 5)) // 「2/5」 println(Rational(3, 0)) // 例外 println(Rational(4, 10)) // 「4/10」 println(Rational(9, 3)) // 「9/3」 } 約分したい！
28. 非公開メソッド class Rational(val numerator: Int, val denominator: Int) { ... private fun gcd(x: Int, y: Int): Int = if(y == 0) x else gcd(y, x % b) } xとyの最大公約数を返すメソッド
29. 非公開メソッド class Rational(val numerator: Int, val denominator: Int) { ... private fun gcd(x: Int, y: Int): Int = if(y == 0) x else gcd(y, x % y) } if-elseは式（値を返す）
30. 非公開メソッド class Rational(val numerator: Int, val denominator: Int) { ... tailrec private fun gcd(x: Int, y: Int): Int = if(y == 0) x else gcd(y, x % y) } 末尾再帰なので、最適化可能
31. 非公開プロパティ class Rational(n: Int, d: Int) { init { require(d != 0, {"ゼロはダメ"}) } private val g: Int = gcd(n, d) val numerator: Int = n / g val denominator: Int = d / g ... }
32. 非公開プロパティ class Rational(n: Int, d: Int) { init { require(d != 0, {"ゼロはダメ"}) } private val g: Int = gcd(n, d) val numerator: Int = n / g val denominator: Int = d / g ... } コンストラクタ引数（プロパティでない）
33. 非公開プロパティ class Rational(n: Int, d: Int) { init { require(d != 0, {"ゼロはダメ"}) } private val g: Int = gcd(n, d) val numerator: Int = n / g val denominator: Int = d / g ... } 非公開プロパティ
34. 非公開プロパティ class Rational(n: Int, d: Int) { init { require(d != 0, {"ゼロはダメ"}) } private val g: Int = gcd(n, d) val numerator: Int = n / g val denominator: Int = d / g ... } 公開プロパティ
35. すばらしい！ fun main(args: Array<String>) { println(Rational(2, 5)) // 「2/5」 println(Rational(3, 0)) // 例外 println(Rational(4, 10)) // 「2/5」 println(Rational(9, 3)) // 「3/1」 }
36. 演算子オーバロード class Rational(n: Int, d: Int) { ... operator fun plus(r: Rational): Rational = Rational( numerator * r.denominator + r.numerator + denominator, denominator * r.denominator ) }
37. 演算子オーバロード class Rational(n: Int, d: Int) { ... operator fun plus(r: Rational): Rational = Rational( numerator * r.denominator + r.numerator + denominator, denominator * r.denominator ) } 有理数との足し算メソッド
38. 演算子オーバロード class Rational(n: Int, d: Int) { ... operator fun plus(r: Rational): Rational = Rational( numerator * r.denominator + r.numerator + denominator, denominator * r.denominator ) } +演算子を使ったメソッド呼び出しが可能に
39. 演算子で計算できる！ Rational(1, 6) + Rational(1, 3) //=> 1/2
40. オーバロード class Rational(n: Int, d: Int) { ... operator fun plus(r: Rational): Rational = ... operator fun plus(i: Int): Rational = Rational(numerator + i * denominator, denominator) }
41. 演算子で計算できる！ Rational(1, 6) + Rational(1, 3) //=> 1/2 Rational(1, 4) + 2 //=> 9/4
42. じゃあこれは？ Rational(1, 6) + Rational(1, 3) //=> 1/2 Rational(1, 4) + 2 //=> 9/4 2 * Rational(2, 5) // ???
43. 拡張関数 class Rational(n: Int, d: Int) { ... } operator fun Int.times(r: Rational): Rational = Rational(r.numerator * this, r.denominator)
44. 拡張関数 class Rational(n: Int, d: Int) { ... } operator fun Int.times(r: Rational): Rational = Rational(r.numerator * this, r.denominator) Intの拡張関数（しかも演算子オーバロード）
45. できた！！ Rational(1, 6) + Rational(1, 3) //=> 1/2 Rational(1, 4) + 2 //=> 9/4 2 * Rational(2, 5) // 4/5
46. • 片方向リストのノード Node • プロパティ ◦ 値（value） ◦ 次のノードへのポインタ（next） 題材その2: 片方向リストのノード value: 111 next: value: 222 next: value: 333 next: nil Node.of(111, Node.of(222, Node.of(333, Node.nil)))
47. 抽象クラス abstract class Node<out T> { abstract val value: T abstract val next: Node<T> }
48. abstract class Node<out T> { abstract val value: T abstract val next: Node<T> } 抽象クラス 抽象プロパティ
49. abstract class Node<out T> { abstract val value: T abstract val next: Node<T> } 抽象クラス 共変指定 Java的には <? extends T>
50. 継承してノードを表現 class PresentNode<out T> (override val value: T, override val next: Node<T>): Node<T>() { override fun toString(): String = "${value} -> ${next}" }
51. 継承してノードを表現 class PresentNode<out T> (override val value: T, override val next: Node<T>): Node<T>() { override fun toString(): String = "${value} -> ${next}" } 継承 スーパクラスのコンストラクタ呼び出し
52. class PresentNode<out T> (override val value: T, override val next: Node<T>): Node<T>() { override fun toString(): String = "${value} -> ${next}" } 継承してノードを表現 プロパティのオーバライド 内部フィールド + そのアクセサを自動提供
53. 継承してノードを表現 class PresentNode<out T> (override val value: T, override val next: Node<T>): Node<T>() { override fun toString(): String = "${value} -> ${next}" } ついでに 「1 -> 2 -> 3 -> X」のような表現を
54. （シングルトン）オブジェクト object AbsentNode: Node<Nothing> { override val value: Nothing get() = throw UnsupportedOperationException() override val next: Nothing get() = throw UnsupportedOperationException() override fun toString(): String = "X" }
55. （シングルトン）オブジェクト object AbsentNode: Node<Nothing> { override val value: Nothing get() = throw UnsupportedOperationException() override val next: Nothing get() = throw UnsupportedOperationException() override fun toString(): String = "X" }
56. （シングルトン）オブジェクト object AbsentNode: Node<Nothing> { override val value: Nothing get() = throw UnsupportedOperationException() override val next: Nothing get() = throw UnsupportedOperationException() override fun toString(): String = "X" } あらゆる型のサブタイプ
57. （シングルトン）オブジェクト object AbsentNode: Node<Nothing> { override val value: Nothing get() = throw UnsupportedOperationException() override val next: Nothing get() = throw UnsupportedOperationException() override fun toString(): String = "X" } プロパティのオーバライド 内部フィールドを持たない。カスタムgetterを提供
58. リストを作れる！ PresentNode(1, PresentNode(2, AbsentNode)) //=> 1 -> 2 -> X PresentNode<Number>(1.2, PresentNode<Int>(3, AbsentNode)) //=> 1.2 -> 3 -> X
59. リストを作れる！ PresentNode(1, PresentNode(2, AbsentNode)) //=> 1 -> 2 -> X PresentNode<Number>(1.2, PresentNode<Int>(3, AbsentNode)) //=> 1.2 -> 3 -> X
60. リストを作れる！ PresentNode(1, PresentNode(2, AbsentNode)) //=> 1 -> 2 -> X PresentNode<Number>(1.2, PresentNode<Int>(3, AbsentNode)) //=> 1.2 -> 3 -> X class Node<out T> ↑クラス定義時点における共変指定
61. コンパニオンオブジェクト abstract class Node<out T> { companion object { val nil: Node<Nothing> = AbsentNode fun <T> of(value: T, next: Node<T> = nil) = PresentNode(value, next) } ... }
62. コンパニオンオブジェクト abstract class Node<out T> { companion object { val nil: Node<Nothing> = AbsentNode fun <T> of(value: T, next: Node<T> = nil) = PresentNode(value, next) } ... } コンパニオンオブジェクト
63. コンパニオンオブジェクトのメンバを使う Node.of(1, Node.of(2, Node.nil)) //=> 1 -> 2 -> X Node.of(1.2, Node.of(3, Node.of(4)) //=> 1.2 -> 3 -> 4 -> X
64. コンパニオンオブジェクトのメンバを使う Node.of(1, Node.of(2, Node.nil)) //=> 1 -> 2 -> X Node.of(1.2, Node.of(3, Node.of(4)) //=> 1.2 -> 3 -> 4 -> X
65. デフォルト引数 abstract class Node<out T> { companion object { val nil: Node<Nothing> = AbsentNode fun <T> of(value: T, next: Node<T> = nil) = PresentNode(value, next) } ... } 呼び出し時に引数を省略すると デフォルト値が使用される
66. 通常の抽象クラスは見える人なら継承OK abstract class Node<out T> {...} class PresentNode<out T>(...): Node<T>() {...} object AbsentNode: Node<Nothiing>() {...} class MyNode<out T>: Node<T>() {...}
67. 通常の抽象クラスは見える人なら継承OK abstract class Node<out T> {...} class PresentNode<out T>(...): Node<T>() {...} object AbsentNode: Node<Nothiing>() {...} class MyNode<out T>: Node<T>() {...} 今回つくったやつ
68. abstract class Node<out T> {...} class PresentNode<out T>(...): Node<T>() {...} object AbsentNode: Node<Nothiing>() {...} class MyNode<out T>: Node<T>() {...} 通常の抽象クラスは見える人なら継承OK 第3者が継承させることができる。でも都合が悪い
69. シールドクラスで継承を制限 sealed class Node<out T> { ... class PresentNode<out T>(...): Node<T>() {...} object AbsentNode: Node<Nothing>() {...} } class MyNode<out T>: Node<T>() {...}
70. シールドクラスで継承を制限 sealed class Node<out T> { ... class PresentNode<out T>(...): Node<T>() {...} object AbsentNode: Node<Nothing>() {...} } class MyNode<out T>: Node<T>() {...} ↓この人はもはや継承できない（コンパイルエラー） 注: ver1.1では、シールドクラスの継承可能な範囲が その内部クラスから同一ファイル内へと緩和される。
71. ノード数プロパティ size sealed class Node<out T> { ... val size: Int get() { tailrec fun go(node: Node<T>, acc: Int): Int = when(node) { is AbsentNode -> acc is PresentNode<T> -> go(node.next, acc + 1) } return go(this, 0) } }
72. ノード数プロパティ size sealed class Node<out T> { ... val size: Int get() { tailrec fun go(node: Node<T>, acc: Int): Int = when(node) { is AbsentNode -> acc is PresentNode<T> -> go(node.next, acc + 1) } return go(this, 0) } } プロパティ size 内部フィールドを持たず、カスタム getterを提供
73. ノード数プロパティ size sealed class Node<out T> { ... val size: Int get() { tailrec fun go(node: Node<T>, acc: Int): Int = when(node) { is AbsentNode -> acc is PresentNode<T> -> go(node.next, acc + 1) } return go(this, 0) } } 再帰呼び出しでノード数を計算
74. ノード数プロパティ size sealed class Node<out T> { ... val size: Int get() { tailrec fun go(node: Node<T>, acc: Int): Int = when(node) { is AbsentNode -> acc is PresentNode<T> -> go(node.next, acc + 1) } return go(this, 0) } } when式＝switchの強い版 分岐の網羅が必須
75. 委譲プロパティによる遅延初期化 sealed class Node<out T> { ... val size: Int by lazy { tailrec fun go(node: Node<T>, acc: Int): Int = when(node) { is AbsentNode -> acc is PresentNode<T> -> go(node.next, acc + 1) } go(this, 0) } }
76. 委譲プロパティによる遅延初期化 sealed class Node<out T> { ... val size: Int by lazy { tailrec fun go(node: Node<T>, acc: Int): Int = when(node) { is AbsentNode -> acc is PresentNode<T> -> go(node.next, acc + 1) } go(this, 0) } } プロパティアクセスを byの後に続くオブジェクトに委譲
77. 委譲プロパティによる遅延初期化 sealed class Node<out T> { ... val size: Int by lazy { tailrec fun go(node: Node<T>, acc: Int): Int = when(node) { is AbsentNode -> acc is PresentNode<T> -> go(node.next, acc + 1) } go(this, 0) } } 標準関数 lazy 委譲される遅延初期化用オブジェクト を生成する
78. 委譲プロパティによる遅延初期化 sealed class Node<out T> { ... val size: Int by lazy { tailrec fun go(node: Node<T>, acc: Int): Int = when(node) { is AbsentNode -> acc is PresentNode<T> -> go(node.next, acc + 1) } go(this, 0) } } lazyの引数としてのラムダ式
79. 本日登場したキーワード • クラス • プロパティ • メソッド • プライマリコンストラクタ • オーバライド • String Templates • イニシャライザ • if-else • TCO • 演算子オーバロード • オーバロード • 拡張関数 • 抽象クラス • 抽象プロパティ • 共変 • 継承 • オブジェクト • Nothing型 • コンパニオンオブジェクト • デフォルト引数 • シールドクラス • when式 • 委譲プロパティ • ラムダ式
80. あなたと赤べこ、今すぐ書店へ